Розрахунок МДП-транзистора з індукованим каналом
|
Скачати 32.58 Kb.
|
|
| Дата конвертації | 24.04.2018 |
| Розмір | 32.58 Kb. |
| Тип | курсова робота |
|
|
-
Навігація по даній сторінці:
- 2. Розрахунок МДП-транзистора з індукованим каналом
|
Зміст 2. Розрахунок МДП-транзистора з індукованим каналом висновки 1. Основні відомостіСпрощена структура МДП-транзистора з n-каналом, сформованого на підкладці p-типу електропровідності, показана на малюнку 1.
Транзистор складається з МДП-структури, двох сильнолегованих областей протилежного типу електропровідності в порівнянні з електропровідністю підкладки та електродів витоку і стоку. При напрузі на затворі, що перевищує порогове напруга ( 2. Розрахунок МДП-транзистора з індукованим каналомI. Вибір довжини каналу і діелектрика під затвором транзистора: а) вибір діелектрика під затвором: В якості діелектрика для GaAsвибіраем Si 3 N 4, тому що він володіє досить високою електричною міцністю, а також утворює порівняно невелику щільність поверхневих станів. б) визначення товщини діелектрика під затвором: Шар діелектрика під затвором бажано робити тонше, щоб зменшити граничну напругу і підвищити крутизну передавальної характеристики. З урахуванням запасу міцності маємо вираз:
в) вибір довжини каналу: Мінімальну довжину каналу длінноканального транзистора можна визначити з співвідношення:
де Товщину pn-переходів витоку і стоку розрахуємо в наближенні різкого несиметричного pn-переходу:
де
Результати обчислень зведемо в таблицю:
Даний вибір концентрацій обумовлений тим, що для виродження напівпровідника повинні виконуватися умови II. Вибір питомої опору підкладки: Питомий опір напівпровідника визначається концентрацією введених в нього домішок. У нашому випадку МДП-транзистора (максимальна напруга між стоком і витоком і порогове напруга). Максимально допустима напруга між стоком і витоком визначається мінімальним з напруг: пробивним напругою стокового переходу або напругою змикання областей об'ємного заряду стокового і истокового переходів. а) напруга змикання стокового і истокового переходів: Напруга змикання стокового і истокового переходів для однорідно легованої підкладки можна оцінити, використовуючи співвідношення:
де
Результати обчислень зведемо в таблицю:
б) пробивна напруга стокового pn-переходу: Пробій стокового pn-переходу має лавинний характер і визначається по емпіричному співвідношенню:
набагато більше, ніж напруга змикання pn-переходів. Скорегуємо значення пробивної напруги, вважаючи викривлені ділянки на краях маски циліндричними, а на кутах - сферичними:
Результати обчислень зведемо в таблицю:
Приклад розрахунку: для
Рис.2. Залежність максимальних напружень на стоці від концентрації домішок. Виходячи з знайденої раніше концентрації домішок III. Розрахунок граничної напруги: Гранична напруга МДП-транзистора з індукованим каналом - це така напруга на затворі щодо витоку, при якому в каналі з'являється помітний струм стоку і виконується умова початку сильної інверсії, тобто поверхнева концентрація неосновних носіїв заряду в напівпровіднику під затвором стає рівною концентрації домішок. Гранична напруга, коли витік закорочен з підкладкою, можна розрахувати за формулою:
Заряд іонізованих домішок визначається співвідношенням:
де Контактна різниця потенціалів між електродом затвора і підкладкою знаходиться зі співвідношення:
Приклад розрахунку:
Як метал електрода була обрана платина (Pt), тому що вона має найбільшу роботу виходу електронів, що збільшує граничну напругу. Результати обчислень зведемо в таблицю:
В результаті розрахунків було отримано значення максимальне значення У підсумку отримуємо наступні параметри:
Температурна залежність порогового напруги:
Рис.3. Температурна залежність порогового напруги. З розрахунків видно, що концентрація домішок, а також кількість вводяться іонів були обрані правильно, що забезпечило необхідну величину порогового напруги (4 В). IV. Визначення ширини каналу: Ширину каналу в першому наближенні можна визначити з співвідношення:
де Приклад розрахунку:
Результати обчислень зведемо в таблицю:
Оскільки ширина каналу за величиною порівнянна з довжиною каналу (
V. Розрахунок вихідних статичних характеристик МДП-транзистора: Вихідні статичні характеристики являють собою залежності струму стоку від напруги на стоці при постійних напругах на затворі:
де
На пологом ділянці вольт-амперної характеристики, тобто при
де розрахунок
де Приклад розрахунку:
Результати обчислень зведемо в таблицю:
Рис.4. Статичні вихідні характеристики транзистора. Залежність, побудована на даному графіку, досить точно характеризує практичну закономірність зростання вихідного струму при збільшенні напруги між стоком і витоком. Характерний зростання струму відбувається до VI. Розрахунок крутизни характеристики передачі: Якщо напруга на стоці менше напруги насичення, то крутизна визначається співвідношенням:
при
Приклад розрахунку:
Результати обчислень зведемо в таблиці: т
Рис.5. Крутизна характеристики передачі транзистора. Як видно з графіка і розрахунків, крутизна характеристики передачі, обрана для розрахунку ширини каналу (на графіку позначена висновкиУ даній роботі було проведено розрахунок основних параметрів МДП-транзистора з індукованим n-каналом, а також вибір і обгрунтування використання матеріалів і технологічних методів його виготовлення. підсумкові значення основних параметрів: товщина діелектрика під затвором
1. Топологія транзистора 2. Поперечний перетин транзистора |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
), В приповерхневої області напівпровідника під затвором утворюється індукований електричним полем затвора область збіднення, що з'єднує області витоку і стоку. Якщо подано напругу між стоком і витоком, 
В, 
=> 
нм
,
- глибина залягання pn-переходів витоку і стоку, 
- товщина шару діелектрика під затвором, 
і 
- товщини pn-переходів витоку і стоку, 
- коефіцієнт ( 
мкм -1/3).
,
В, 
, 
,
В
мкм
мкм
мкм
, См -3
, См -3
, См -3
, В
, мкм
см -3 і 
см -3. З іншого боку при зменшенні 
см -3 => 
Ом · см. Питомий опір підкладки визначає 
,
- довжина каналу, яку приймаємо рівної мінімальної довжині 
В при 
см -3
, См -3
, В
В -
, В
, В
см -3: 
В
В
В, що задовольняє умові завдання ( 
В).
- ефективний питома поверхневий заряд в діелектрику, 
- питома заряд іонізованих домішок в збідненої області підкладки, 
- питома потужність пласта діелектрика 
- контактна різниця потенціалів між електродом затвора і підкладкою, 
- потенціал, відповідний положенню рівня Фермі в підкладці, відлічуваний від середини забороненої зони.
,
- товщина збідненого області під інверсним шаром при 
.
Кл / см 2
В
В
, В
, еВ
В при 
В, потрібно ввести новий технологічний процес, а саме імплантацію в приповерхневих шар негативних іонів акцепторної домішки з зарядом 
Кл / см -2, яка дозволить збільшити граничну напругу.
, еВ
, Ф / см 2
, В
, еВ
, еВ
, Кл / см 2
До 
До 
До
,
- крутизна характеристики передачі, 
- заданий струм стоку, 
- рухливість в каналі при слабкому електричному полі.
мкм
, мкм
), То вибираємо топологію транзистора з лінійної конфігурацією областей витоку, стоку і затвора.
,
- критична напруженість поздовжньої складової електричного поля в каналі.
, Скористаємося такою аппроксимацией:
,
- струм стоку при 
, 
- довжина "перекритою" частини каналу поблизу стоку.
= 0,2 і 
= 0,6 - підганяльні параметри.
В
В
мкм
мА
, В
, В
, В
, В
В ( 
В), після чого настає насичення, при якому струм стоку слабо залежить від напруги на стоці через відсічення каналу.
мА / В
В
В
мА / В), забезпечується при 
В.
нм, мінімальна довжина каналу (критерій длінноканальності) 
мкм, концентрація домішок в підкладці 
В, порогове напруга 
мкм. За цими параметрами був проведений розрахунок вихідної характеристики транзистора, вибір топології і побудова залежності крутизни ВАХ від напружень на стоці і затворі.
